Diagrams.Solve.Polynomial:cubForm from diagrams-solve-0.1, K

Average Error: 20.0 → 16.1

Time: 13.1s

Precision: binary64

\[ \begin{array}{c}[z, t] = \mathsf{sort}([z, t])\\ \end{array} \]

Math

\[\left(2 \cdot \sqrt{x}\right) \cdot \cos \left(y - \frac{z \cdot t}{3}\right) - \frac{a}{b \cdot 3} \]

↓

\[\begin{array}{l} t_1 := 2 \cdot \sqrt{x}\\ t_2 := z \cdot \left(t \cdot -0.3333333333333333\right)\\ \mathbf{if}\;z \cdot t \leq -1.785357164967349 \cdot 10^{+147}:\\ \;\;\;\;t_1 - 0.3333333333333333 \cdot \frac{a}{b}\\ \mathbf{elif}\;z \cdot t \leq 5.757236538346392 \cdot 10^{+129}:\\ \;\;\;\;\mathsf{fma}\left(2, \sqrt{x} \cdot \mathsf{fma}\left(\cos t_2, \cos y, \sin t_2 \cdot \left(-\sin y\right)\right), a \cdot \frac{-0.3333333333333333}{b}\right)\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;\mathsf{fma}\left(-0.3333333333333333, \frac{a}{b}, t_1\right)\\ \end{array} \]

FPCore

(FPCore (x y z t a b)
 :precision binary64
 (- (* (* 2.0 (sqrt x)) (cos (- y (/ (* z t) 3.0)))) (/ a (* b 3.0))))

↓

(FPCore (x y z t a b)
 :precision binary64
 (let* ((t_1 (* 2.0 (sqrt x))) (t_2 (* z (* t -0.3333333333333333))))
   (if (<= (* z t) -1.785357164967349e+147)
     (- t_1 (* 0.3333333333333333 (/ a b)))
     (if (<= (* z t) 5.757236538346392e+129)
       (fma
        2.0
        (* (sqrt x) (fma (cos t_2) (cos y) (* (sin t_2) (- (sin y)))))
        (* a (/ -0.3333333333333333 b)))
       (fma -0.3333333333333333 (/ a b) t_1)))))

C

double code(double x, double y, double z, double t, double a, double b) {
	return ((2.0 * sqrt(x)) * cos((y - ((z * t) / 3.0)))) - (a / (b * 3.0));
}

↓

double code(double x, double y, double z, double t, double a, double b) {
	double t_1 = 2.0 * sqrt(x);
	double t_2 = z * (t * -0.3333333333333333);
	double tmp;
	if ((z * t) <= -1.785357164967349e+147) {
		tmp = t_1 - (0.3333333333333333 * (a / b));
	} else if ((z * t) <= 5.757236538346392e+129) {
		tmp = fma(2.0, (sqrt(x) * fma(cos(t_2), cos(y), (sin(t_2) * -sin(y)))), (a * (-0.3333333333333333 / b)));
	} else {
		tmp = fma(-0.3333333333333333, (a / b), t_1);
	}
	return tmp;
}

Julia

function code(x, y, z, t, a, b)
	return Float64(Float64(Float64(2.0 * sqrt(x)) * cos(Float64(y - Float64(Float64(z * t) / 3.0)))) - Float64(a / Float64(b * 3.0)))
end

↓

function code(x, y, z, t, a, b)
	t_1 = Float64(2.0 * sqrt(x))
	t_2 = Float64(z * Float64(t * -0.3333333333333333))
	tmp = 0.0
	if (Float64(z * t) <= -1.785357164967349e+147)
		tmp = Float64(t_1 - Float64(0.3333333333333333 * Float64(a / b)));
	elseif (Float64(z * t) <= 5.757236538346392e+129)
		tmp = fma(2.0, Float64(sqrt(x) * fma(cos(t_2), cos(y), Float64(sin(t_2) * Float64(-sin(y))))), Float64(a * Float64(-0.3333333333333333 / b)));
	else
		tmp = fma(-0.3333333333333333, Float64(a / b), t_1);
	end
	return tmp
end

Wolfram

code[x_, y_, z_, t_, a_, b_] := N[(N[(N[(2.0 * N[Sqrt[x], $MachinePrecision]), $MachinePrecision] * N[Cos[N[(y - N[(N[(z * t), $MachinePrecision] / 3.0), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]], $MachinePrecision]), $MachinePrecision] - N[(a / N[(b * 3.0), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]

↓

code[x_, y_, z_, t_, a_, b_] := Block[{t$95$1 = N[(2.0 * N[Sqrt[x], $MachinePrecision]), $MachinePrecision]}, Block[{t$95$2 = N[(z * N[(t * -0.3333333333333333), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]}, If[LessEqual[N[(z * t), $MachinePrecision], -1.785357164967349e+147], N[(t$95$1 - N[(0.3333333333333333 * N[(a / b), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]), $MachinePrecision], If[LessEqual[N[(z * t), $MachinePrecision], 5.757236538346392e+129], N[(2.0 * N[(N[Sqrt[x], $MachinePrecision] * N[(N[Cos[t$95$2], $MachinePrecision] * N[Cos[y], $MachinePrecision] + N[(N[Sin[t$95$2], $MachinePrecision] * (-N[Sin[y], $MachinePrecision])), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]), $MachinePrecision] + N[(a * N[(-0.3333333333333333 / b), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]), $MachinePrecision], N[(-0.3333333333333333 * N[(a / b), $MachinePrecision] + t$95$1), $MachinePrecision]]]]]

Error

Bits error versus x

Bits error versus y

Bits error versus z

Bits error versus t

Bits error versus a

Bits error versus b

Target

Original	20.0
Target	18.6
Herbie	16.1

\[\begin{array}{l} \mathbf{if}\;z < -1.3793337487235141 \cdot 10^{+129}:\\ \;\;\;\;\left(2 \cdot \sqrt{x}\right) \cdot \cos \left(\frac{1}{y} - \frac{\frac{0.3333333333333333}{z}}{t}\right) - \frac{\frac{a}{3}}{b}\\ \mathbf{elif}\;z < 3.516290613555987 \cdot 10^{+106}:\\ \;\;\;\;\left(\sqrt{x} \cdot 2\right) \cdot \cos \left(y - \frac{t}{3} \cdot z\right) - \frac{\frac{a}{3}}{b}\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;\cos \left(y - \frac{\frac{0.3333333333333333}{z}}{t}\right) \cdot \left(2 \cdot \sqrt{x}\right) - \frac{\frac{a}{b}}{3}\\ \end{array} \]

Derivation

1. Split input into 3 regimes

2. if (*.f64 z t) < -1.78535716496734916e147

   1. Initial program 45.3

      \[\left(2 \cdot \sqrt{x}\right) \cdot \cos \left(y - \frac{z \cdot t}{3}\right) - \frac{a}{b \cdot 3} \]

   2. Simplified 45.4

      \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(2, \sqrt{x} \cdot \cos \left(\mathsf{fma}\left(z, t \cdot -0.3333333333333333, y\right)\right), a \cdot \frac{-0.3333333333333333}{b}\right)} \]

   3. Taylor expanded in z around 0 33.3

      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(2, \sqrt{x} \cdot \color{blue}{\cos y}, a \cdot \frac{-0.3333333333333333}{b}\right) \]

   4. Taylor expanded in y around 0 33.3

      \[\leadsto \color{blue}{2 \cdot \sqrt{x} - 0.3333333333333333 \cdot \frac{a}{b}} \]

   if -1.78535716496734916e147 < (*.f64 z t) < 5.7572365383463924e129

   1. Initial program 9.6

      \[\left(2 \cdot \sqrt{x}\right) \cdot \cos \left(y - \frac{z \cdot t}{3}\right) - \frac{a}{b \cdot 3} \]

   2. Simplified 9.6

      \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(2, \sqrt{x} \cdot \cos \left(\mathsf{fma}\left(z, t \cdot -0.3333333333333333, y\right)\right), a \cdot \frac{-0.3333333333333333}{b}\right)} \]

   3. Applied egg-rr 9.0

      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(2, \sqrt{x} \cdot \color{blue}{\mathsf{fma}\left(\cos \left(z \cdot \left(t \cdot -0.3333333333333333\right)\right), \cos y, -\sin \left(z \cdot \left(t \cdot -0.3333333333333333\right)\right) \cdot \sin y\right)}, a \cdot \frac{-0.3333333333333333}{b}\right) \]

   if 5.7572365383463924e129 < (*.f64 z t)

   1. Initial program 45.0

      \[\left(2 \cdot \sqrt{x}\right) \cdot \cos \left(y - \frac{z \cdot t}{3}\right) - \frac{a}{b \cdot 3} \]

   2. Simplified 45.0

      \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(2, \sqrt{x} \cdot \cos \left(\mathsf{fma}\left(z, t \cdot -0.3333333333333333, y\right)\right), a \cdot \frac{-0.3333333333333333}{b}\right)} \]

   3. Taylor expanded in z around 0 33.1

      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(2, \sqrt{x} \cdot \color{blue}{\cos y}, a \cdot \frac{-0.3333333333333333}{b}\right) \]

   4. Applied egg-rr 33.1

      \[\leadsto \mathsf{fma}\left(2, \sqrt{x} \cdot \cos y, \color{blue}{\frac{a \cdot -0.3333333333333333}{b}}\right) \]

   5. Taylor expanded in y around 0 32.9

      \[\leadsto \color{blue}{2 \cdot \sqrt{x} - 0.3333333333333333 \cdot \frac{a}{b}} \]

   6. Simplified 32.9

      \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(-0.3333333333333333, \frac{a}{b}, 2 \cdot \sqrt{x}\right)} \]
3. Recombined 3 regimes into one program.

4. Final simplification 16.1

   \[\leadsto \begin{array}{l} \mathbf{if}\;z \cdot t \leq -1.785357164967349 \cdot 10^{+147}:\\ \;\;\;\;2 \cdot \sqrt{x} - 0.3333333333333333 \cdot \frac{a}{b}\\ \mathbf{elif}\;z \cdot t \leq 5.757236538346392 \cdot 10^{+129}:\\ \;\;\;\;\mathsf{fma}\left(2, \sqrt{x} \cdot \mathsf{fma}\left(\cos \left(z \cdot \left(t \cdot -0.3333333333333333\right)\right), \cos y, \sin \left(z \cdot \left(t \cdot -0.3333333333333333\right)\right) \cdot \left(-\sin y\right)\right), a \cdot \frac{-0.3333333333333333}{b}\right)\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;\mathsf{fma}\left(-0.3333333333333333, \frac{a}{b}, 2 \cdot \sqrt{x}\right)\\ \end{array} \]

Reproduce

herbie shell --seed 2022153 
(FPCore (x y z t a b)
  :name "Diagrams.Solve.Polynomial:cubForm  from diagrams-solve-0.1, K"
  :precision binary64

  :herbie-target
  (if (< z -1.3793337487235141e+129) (- (* (* 2.0 (sqrt x)) (cos (- (/ 1.0 y) (/ (/ 0.3333333333333333 z) t)))) (/ (/ a 3.0) b)) (if (< z 3.516290613555987e+106) (- (* (* (sqrt x) 2.0) (cos (- y (* (/ t 3.0) z)))) (/ (/ a 3.0) b)) (- (* (cos (- y (/ (/ 0.3333333333333333 z) t))) (* 2.0 (sqrt x))) (/ (/ a b) 3.0))))

  (- (* (* 2.0 (sqrt x)) (cos (- y (/ (* z t) 3.0)))) (/ a (* b 3.0))))